[发明专利]用于分析信号的方法以及用于执行该方法的装置

说明书

本发明涉及一种用于分析信号的方法，其中提供待分析信号的频谱，该频谱是待分析信号乘以预定窗口函数并随后进行特别是离散或快速傅里叶变换的结果；在所述频谱中，在至少一个局部最大值的区域中确定最高频谱线和相邻的第二高频谱线(S₂)；确定最高频谱线和第二高频谱线的振幅(A₁、A₂)；确定至少一个值，该值取决于最高频谱线(S₁)的振幅(A₁)和第二高频谱线(S₂)的振幅(A₂)；根据确定出的值，使用为预定窗口函数创建的频率校正特性曲线，来确定用于最高频谱线(S₁)的频率的频率校正值，以及通过频率校正值来校正最高频谱线(S₁)的频率。本发明还涉及执行所述方法的装置。

技术领域

本发明涉及一种用于分析信号的方法和一种用于执行这种方法的装置。

背景技术

傅立叶变换(尤其是离散或快速傅里叶变换)经常用于就信号的信号分量来分析信号。在这样的情况下，通常尽力地尽可能准确地确定待分析信号的各个信号分量的频率和振幅。

然而，如果信号没有被捕获得足够有规律，则这可能会变得是有问题的。在这样的情况下，求助于例如各种别名校正，以便能够执行可靠的频率分析。例如在US 2009/0231956 A1中描述了这样的方法。

在确定频率时，通常由于所谓的Nyquist-Shannon采样定理而存在限制。根据该采样定理，必须以大于带宽两倍的采样频率对频带被限制到最大频率的信号进行采样，以便所述信号能够再次根据时间离散信号而被准确重构。

实际上，所有系统在可能的频率分辨率方面都受到限制。频率分辨率实际上可以通过更长的采集时间或通过明显更长的采集时间来改善，对于所述采集时间，用“零”来扩展信号，这也被称为零填充。然而，对改善施加了限制，因为改善通常与增加的计算复杂度和/或更长的测量时间相关联。

另一问题在于，由于所谓的泄漏效应，在许多情况下，包含于信号中的正弦信号分量的振幅和/或频率无法被正确地再现。这归因于以下事实：总是存在有限的观察周期，并且现实中的信号基本上具有一个开始时间和一个结束时间，这具有的结果是：在无法实现无限长度的观察周期的情况下无法被发现的频率分量将会出现在经由傅里叶分析确定出的频谱中。

泄漏效应的后果是，正弦信号分量的振幅和频率只有在频率恰好位于频谱的一条频率线上时才能被正确再现。在所有其他情况下，会出现表示信号分量的峰值的加宽和振幅的减小。

使用不同的窗口函数旨在减少泄漏效应，并增加所有频率分量的振幅精度。窗口函数是在预定间隔之外具有零值的函数。待分析信号乘以窗口函数，使得它同样在预定间隔之外呈现零值。随后执行傅里叶变换。

为了改善频率和振幅精度，可从现有技术中获知各种过程。例如，执行通过抛物线、高斯或洛伦兹曲线的峰值拟合。

在实践中，在一些情况下使用这样的曲线进行的峰值拟合不是令人满意的，原因在于最佳曲线形状取决于用于计算频谱的窗口函数。此外，还有许多窗口函数，例如所谓的Tukey窗口，对于这些窗口函数而言可能找不到用于拟合的最佳曲线形状。

由于信号中包含的噪声或由于信号混合，可能会产生另一问题。通过峰值拟合，然后只能相当不精确地确定包含于信号中的正弦分量的频率和/或振幅。

发明内容

因此，从上述现有技术出发，本发明的一个目的是提供一种引言中提到的类型的方法以及用于执行这种方法的装置，该方法能够结合最小可能的计算复杂度进行更精确的信号分析。

根据本发明，该目的通过用于分析信号的方法来实现，其中

-提供待分析信号的频谱，所述频谱是待分析信号乘以预定的窗口函数并随后进行傅里叶变换的结果，特别地，傅里叶变换是离散或快速傅里叶变换，